李鍇 柴鑫磊

摘 要：礦井電磁法主要包括：礦井直流電法、礦井瞬變電磁法、高頻電磁波法等，它是利用地殼中各種巖石、礦石電磁學性質(zhì)間的差異來發(fā)現(xiàn)地質(zhì)目標的一類勘探方法。

關(guān)鍵詞：礦井電磁技術(shù)；礦井直流電法；瞬變電磁法；電磁波坑透技術(shù)；地質(zhì)探測

隨著礦井機械化的發(fā)展，特別是綜合機械化的發(fā)展.對地質(zhì)工作要求越來越高.特別是對二分之一煤厚的小斷層、小陷落柱及細微地質(zhì)構(gòu)造都要求搞清，傳統(tǒng)的地質(zhì)方法是無能為力的。在煤炭生產(chǎn)過程中，綜采工作面內(nèi)的局部細小構(gòu)造、含水性等都會影響煤礦的安全。帶壓開采工作面回采過程中突水淹井的事故時有發(fā)生.其主要原因是地質(zhì)構(gòu)造不清楚。隨著煤礦安全生產(chǎn)需求的擴大。地面物探已移植到井下，發(fā)展了更適合于礦井特殊條件和工作環(huán)境的勘探方法和技術(shù)，以近距離解決煤礦井下具體的地質(zhì)問題，如電磁波法、重磁勘探、巖體聲波探測等方法。礦井電磁法主要包括：礦井直流電法、礦井瞬變電磁法、高頻電磁波法等，它是利用地殼中各種巖石、礦石電磁學性質(zhì)問的差異來發(fā)現(xiàn)地質(zhì)目標的一類勘探方法。

一、礦井直流電法工作原理

礦井直流電法屬全空間電法勘探。它以煤、巖層的導電性差異為基礎(chǔ)，與地面電法不同，在全空間條件下建場，在地下巷道中進行電法測量工作，地下電流通過布置在巷道內(nèi)的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間穩(wěn)定電場，該穩(wěn)定電場特征取決于巷道周圍巖石的電性特征及其賦存狀態(tài)，測量該電場的變化規(guī)律，使用全空間電場理論處理和解釋，就可找到巷道周圍巖石中引起電場變化的水文、地質(zhì)構(gòu)造等規(guī)律，從而確定巖、礦體物性（如貧、富水區(qū)域）的分布規(guī)律或地質(zhì)構(gòu)造（如斷層、裂隙發(fā)育區(qū)）的特征。井下電法是把直流電法探測技術(shù)引用到煤礦井下的電阻率探測技術(shù)，DZ-IIA防爆數(shù)字直流電法儀（以下簡稱電法儀）是并下電法勘探儀器，也可用于地面進行電法探測地質(zhì)構(gòu)造。由9節(jié)1.8 Ah鋰電池組成5.4Ah 10.8 V電池組，逆變電路，整流濾波電路，極性變換發(fā)射輸出，單片機控制電路，接收電路，顯示、存儲、通訊等電路組成。

電法儀的各功能板如圖l所示，電池輸出的直流電壓經(jīng)逆變升壓電路產(chǎn)生70或100 V的高壓，經(jīng)整流濾波、極性變換輸出，通過AB供入大地；同時通過MN接收大地的感應信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字后送給單板機存入存儲器。存儲器中的數(shù)據(jù)通過RS232串行通訊口進行數(shù)據(jù)交換；供電時間有可選。供出的電流在顯示器上顯示。

二、瞬變電磁法

（一）瞬變電磁法（TEM）。瞬變電磁法或稱時間域電磁法（Time domain electromagnetic methods），簡稱TEM，它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不接地線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。在電流斷開之前，發(fā)射電流在回線周圍空間中建立起一個穩(wěn)定的磁場。在t=0時刻，將電流突然斷開，由該電流產(chǎn)生的磁場也立即消失。一次磁場的這一劇烈變化通過空氣和地下導電介質(zhì)傳至回線周圍的大地中，并在大地中激發(fā)出感應電流以維持發(fā)射電流斷開之前存在的磁場，使空間的磁場不會即刻消失。由于介質(zhì)的熱損耗，直到將磁場能量消耗完畢為止。

（二）球物理響應特征。從電性上分析不同地層的電性分布規(guī)律為：煤層電阻率值相對較高，砂巖次之，黏土巖類最低。由于煤系地層的沉積序列比較清晰，在原生地層狀態(tài)下，其導電性特征在縱向上固定變化規(guī)律，而在橫向上相對比較均一。當存在構(gòu)造破碎帶時，如果構(gòu)造不含水，則其導電性較差，局部電阻率值增高；如果構(gòu)造含水，由于其導電性好，相當于存在局部低電阻率值地質(zhì)體。綜上所述，當斷層、裂隙和陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育時，無論其含水與否，都將打破地層電性在縱向和橫向上的變化規(guī)律。這種變化規(guī)律的存在，為以巖石導電性差異為物理基礎(chǔ)的礦井瞬變電磁法探測提供了良好的地質(zhì)條件。

三、電磁波坑透技術(shù)的探測原理

（一）探測原理。不同的巖層其電阻率和介電常數(shù)不同。電磁波在煤、巖層中傳播時，由于煤巖層電性的差異.電磁波能量吸收衰減程度也不同。低阻巖體較高阻巖體對電磁波的吸收作用強，一般煤層的電阻率高于巖層的電阻率。利用這一特性，在回采工作面某一巷道發(fā)射一定頻率的電磁波，電磁波在煤層中傳播遇到地質(zhì)異常體時，波能量吸收衰減增大（或減?。硪幌锏澜邮针姶挪ㄐ盘?通過對接收數(shù)據(jù)的整理、分析，來達到地質(zhì)異常體的推斷和解釋。

（二）資料解釋方法。坑透CT解釋主要依據(jù)吸收系數(shù)成像結(jié)果來進行解釋。CT技術(shù)（計算機層析成像技術(shù)）應用代數(shù)迭代法進行圖像重建。首先把工作面網(wǎng)格化，劃分成有不同吸收系數(shù)的若干小單元。每一小單元視為介質(zhì)均勻。計算出投影函數(shù)的觀測值與理論值的殘差量，將每條射線的殘差量以它穿經(jīng)每一網(wǎng)格的路徑長度為權(quán)分攤到該網(wǎng)格中去，通過計算可以得到各單元的吸收系數(shù)值，實現(xiàn)工作面成像區(qū)吸收系數(shù)反演成像，繪制出成像區(qū)吸收系數(shù)等值線圖和色譜圖。

四、結(jié)語

煤礦隨著開采深度的加大，對礦井地質(zhì)構(gòu)造勘探要求越來越高。應加強井下電法勘探技術(shù)規(guī)范的制定，針對井下的應用條件進行其理論與技術(shù)研究。目前單憑一種物探技術(shù)是不可能解決更復雜的地質(zhì)問題。并與多種物探技術(shù)相結(jié)合.以便更好地為開采地質(zhì)條件評價以及突發(fā)地質(zhì)災害治理提供技術(shù)支持。

參考文獻

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